説明

2相系ステンレス鋼の薄板連続鋳造法

【目的】 双ロール法で2相ステンレス鋼の薄板を製造する際に生じる割れやバルジングを防止する。
【構成】 一対の内部冷却式ロールの両円周面上で形成する凝固シエルを該ロール対の間隙で圧着しながら薄板に鋳造する双ロール式連鋳機で2相ステンレス鋼の薄板を製造するさいに,内部から冷却される該ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率が10〜90W/m.Kの範囲の材質からなる伝熱抵抗層を1.0mm超え3.5mm以下の厚みで形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さで5μmRa以上25μmRa以下の粗面とした双ロール式連鋳機を用い,該ロール間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当たりの圧着負荷を4.9N/mm幅以上49N/mm幅以下の範囲に制御しながら鋳造する。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,割れや表面欠陥のない2相ステンレス鋼の薄板を溶湯から直接製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】焼鈍状態でオーステナイトとフエライトの2相組織を有する2相ステンレス鋼は,一般に塩化物による孔食,隙間腐蝕,応力腐蝕割れ等の腐蝕に対し強い抵抗性を備えるので海水を用いる熱交換器をはじめ種々の腐蝕環境用素材として広く用いられている。
【0003】しかし,2相ステンレス鋼は一般に高温変形能に劣っている。そのため熱間加工中に割れが発生しやすい。2相ステンレス鋼の高温変形能を成分組成の面から改善する処法として,例えば特公昭57-15660号公報はS量を0.003%以下, O量を0.005%以下に規制し,あるいはさらにREMを添加する方法を開示している。この場合には,通常の精錬で得られるSおよびO量よりも溶鋼中のSおよびO量を低下させなければならず,精錬時間が長くなることならびに精錬のための造滓制御が必要となって製造コストを押し上げるし,REMの添加もコストアップにつながることは否めない。
【0004】また2相ステンレス鋼の一層の耐食性特に孔食性を高めるためにMoを添加した鋼のうちでも,例えば25Cr-3Mo系以上のものではσ相析出による脆化のために,鋳造→熱間圧延→冷間圧延という一般的な鋼板製造工程ではその鋼板を製造ができない。このため,現状では粉末冶金による製造が試みられている。
【0005】一方, 熱間圧延が困難な材料に対して溶湯から直接的に薄板を製造する技術として双ロールや単ロールを用いた薄板連続鋳造法の適用が試みられ,種々の研究開発が進められている。これによれば,単に省工程によるメリットにとどまらず製造コストが嵩む粉末冶金でしか製造できなかった材料についても安価に板材が製造可能となり, また品質面でも向上が期待できる。
【0006】このようなことから,例えば特開昭62-192235号公報, 特開昭62-227597号公報, 特開昭64-53705号公報および特開平2-182395号公報等において,2相ステンレス鋼等の難熱間加工性材料を双ロールあるいは単ロール法等の溶湯急冷法によって溶湯から直接的に薄板を製造する方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】熱間圧延の困難な材料に対して双ロールあるいは単ロール法等の溶湯急冷法を適用するさいに, 特別な技術的改善なしに通常の材料と同様の処方で実施する場合には, 割れなどの欠陥のない良好な板を得ることは極めて困難である。特に,双ロール法によって2相ステンレスの薄板を製造する場合には, SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼の場合に比べて, 鋳造時に冷却むらが発生しやすく,著しい場合は2相ステンレス鋼特有の周期的な冷却むらが生じ,この冷却むらに起因した割れや裂断が生じやすいという問題がある。
【0008】本発明は,薄板連鋳による2相ステンレス鋼の前記のような問題の解決を課題とし,良品質の2相ステンレス鋼薄板を溶湯から直接製造する技術の確立を目的としたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば,一対の内部冷却式ロールの両円周面上で形成する凝固シエルを該ロール対の間隙で圧着しながら薄板に鋳造する双ロール式連鋳機で2相ステンレス鋼の薄板を製造するさいに,内部から冷却される該ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率が10〜90W/m.Kの範囲の材質からなる伝熱抵抗層を1.0mm超え3.5mm以下の厚みで形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さで5μmRa以上25μmRa以下の粗面とした双ロール式連鋳機を用い,該ロール間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当たりの圧着負荷を4.9N/mm幅以上49N/mm幅以下の範囲に制御しながら鋳造することを特徴とする2相ステンレス鋼の薄板連続鋳造法を提供する。
【0010】
【作用】本発明者らは,双ロール式連鋳機を用いて2相ステンレス鋼の鋳造を試みたがSUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼に比べ鋳造時に著しい冷却むらが発生し,この冷却むらに起因した割れや破断を経験した。そして,この冷却むらの程度は,ロール対円周面上に形成する凝固シエル厚みのむらと,両凝固シエルが合流するキス点直上における凝固シェルの変形抵抗とに相関があることを知った。
【0011】2相ステンレス鋼は,SUS304等のオーステナイト系ステンレス鋼に比べると,高温 (融点直下のフエライト一相領域) での変形抵抗が小さい。この変形抵抗が小さいことと凝固シエルの厚みむらが相乗的に作用して冷却むらを引き起こすのである。
【0012】すなわち,ロール表面で成長する凝固シェルは均一に成長するのではなく,ある程度のシェル厚みむらを伴って成長する。この厚みむらが厚い領域では, 薄い領域よりも,ロールギヤップを通過するさいに速く他方の凝固シエルと突き合わされることになる。両凝固シエルが突き合わされた時点から凝固シエルに圧着負荷が加わるから,この時点で凝固シエルとロールとの密着性が急によくなる(密着度が高まる)。したがって,厚みむらが厚い領域では突き合わせ時点が速くなるのでこの領域だけ速く密着性が良好となる。この結果,その領域だけロール円周面と凝固シエルとの間での伝熱抵抗が早期に低下し,凝固シエルの温度が速く低下する。逆に,厚みむらが薄い領域では温度が遅く低下する。これが冷却むらの原因である。
【0013】このため,シェル厚みのむらが大きいほど冷却むらは著しくなり, また,2相ステンレス鋼のように高温での変形抵抗が小さい材料ほど冷却むらの発生傾向が高くなる。
【0014】このような冷却むらの発生メカニズムに関する知見事実に基づき,本発明では変形抵抗が小さい2相ステンレス鋼の該冷却むらを防止すべく,ロール円周面の伝熱機能を材質や粗面の面から適正に調節し且つ圧着負荷を制御して,シェル厚みのむらを出来るだけ小さくすると共に,凝固シエルに加わる圧着負荷も小さくし,しかも,ロールギヤップ通過時における凝固シエルとロール円周面との密着性が高まっても急激な抜熱を抑制するようにしたものである。
【0015】通常,内部冷却式双ロールを用いる双ロール式連鋳機においては,そのロールスリーブ(ロールの胴部)は, ロールの熱膨張を小さくするため熱伝導率の高い銅または銅合金が使用される。本発明においてもこの意味からロールスリーブの材質は銅または銅合金とする。
【0016】そして,この銅または銅合金からなるスリーブ表面(円周面)に熱抵抗となる層 (伝熱抵抗層) を別途設ける。より具体的には,銅または銅合金スリーブ表面に銅より熱伝導率の低い金属層を例えばメッキ処理により形成し,且つその最外表面を適正な粗面に形成することによって該伝熱抵抗層を構成する。
【0017】この場合,伝熱抵抗層の構成材料は熱伝導率が90W/m.K以下のものとする。これより高い熱伝導率のものでは伝熱抵抗としての作用を十分に果たさない。しかし, 熱伝導率が10W/m.K未満のものでは凝固速度が遅くなりすぎて,生産性の面やその他の面でも支障となる。
【0018】また,伝熱抵抗層の厚みは1.0mm超え3.5mm以下の範囲とするのがよい。1.0mm以下では厚みが薄くなりすぎて,伝熱抵抗層としての本来の作用を果たし難くなり, また3.5mmを超えると凝固速度が遅くなって生産性の面やその他の点でも支障を来すようになる。
【0019】一方, 伝熱抵抗層の表面に対して,ブラスト処理等によってその表面粗度を中心平均粗さで5〜25μmRaに調節する。このような表面粗度とすることによって溶鋼から円周面に凝固するさいの初期凝固時のシェル厚のむらを抑制できる。表面粗度が5μmRa未満の表面では例え前記の伝熱抵抗層の熱伝導率の条件を満足しても緩冷却効果が小さく,このためにシェル厚のむらを抑制できず,冷却むらが助長され, 結果的には割れが発生しやすくなる。しかし,25μmRaを超えた値に表面を粗くすると, 表面の凹凸が鋳造板に転写され, これが, 鋳造された薄板を続いて冷延するさいに“白ぼけ”等の表面欠陥を形成する原因となるので好ましくない。
【0020】このようにロールスリーブ材質並びに表面粗度を調節したうえ,さらに本発明では鋳造時の薄板にかかる単位板幅当りの圧着負荷を4.9N/mm幅以上49N/mm幅以下の範囲に制御する。圧着負荷が49N/mm幅を超えると冷却むらが助長され, またロール表面の摩耗も激しくなる。他方, 4.9N/mm幅未満では, 板厚中心部が未凝固となり, 板がロール離脱後バルジングや復熱により割れなどが発生しやすくなる。このような圧着負荷の制御は,同一出願人に係る例えば特願平2-214041や特願平2-214042号で提案した圧着負荷制御技術を採用することによって行なうことができる。
【0021】鋳造して得られる薄板の厚みは1.0mm超え3.5mm以下の範囲であることが望ましい。1.0mm以下では板切れが生じ易くなり,3.5mmを超えると鋳造薄板がσ相析出により脆化し,後に続く冷延が困難となるからである。
【0022】
【実施例】300mm幅×600mmφの銅合金製の内部水冷式ロールを用いた双ロール式連鋳機で2相ステンレス鋼の薄板鋳造を行った。表1に供試した2相ステンレス鋼の化学成分値を示した。そのさい,ロールの銅合金表面に伝熱抵抗層としてNiメッキまたはNi-Feメッキを表1に示す厚さで施し,また,これらメッキ層の表面にサンドブラスト処理を施すことにより,表1に示した中心平均粗さの粗度に調節した。NiメッキまたはNi-Feメッキ層はいずれも熱伝導率が90W/m.K以下である。
【0023】鋳造にさいしては,溶鋼量110Kgで板厚が1mm超え3.5mm以下となるようにロールギャップを設定した。そして,鋳造中の板にかかる圧着負荷を検出し,ロールの回転速度を制御することによって,圧着負荷が各ヒート毎に表1の範囲に入るように調節した。すなわち,圧着負荷が規定範囲よりも大きくなりそうな場合は,ロールの回転速度を増し, 逆に小さくなりそうな場合は,ロールの回転速度を減じた。
【0024】表1には,各ヒート毎の供試した鋼の成分値および鋳造条件のほか,得られた板の割れおよびバルジングの発生状況を調査した結果を併せて示した。
【0025】
【表1】


【0026】表1の結果から,従来熱間圧延では成形が不可能であった25Cr-3Mo系以上の2相ステンレス鋼でも本発明で規定する条件を満たした双ロール方式によれば,割れやバルジングを起こさないで,良好な表面品質を有する鋳造板が得られることがわかる。
【0027】これに対して,比較例に見られるように本発明で規定する条件を一つでも外れると,割れやバルジングが発生して良好な薄板が得られない。すなわち,No.8,9,12のように,メッキなしまたは1.0mm以下のメッキ厚では板表面に強度の冷却むらが発生し,緩冷却部において割れが発生した。また, 圧着負荷がNo11のように4.9N/mm幅未満の場合では,未凝固に起因したバルジングが発生した。熱伝導率が90W/m.K以下でかつ厚みが1mmを超えるメッキを施しても,No.10 のように表面が中心平均粗さで5μmRa以下のロールでは,限られる鋳造板の表面に毛割れが多数発生した。
【0028】また,図1に本発明例No. 7で得られた薄板の外観を, 図2に比較例No.14 で得られた薄板の外観を示した。いずれも,横方向が鋳造方向で縦方向が板幅方向であり,板幅は鋳造された全幅を示している。これらの図に見られるように,前者では冷却むらが見られないのに対し, 後者では冷却むらに起因する表面欠陥が見られる。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように, 本発明によれば難熱間加工性の2相ステンレス鋼の割れやバルジングのない表面品質の良好な薄板を溶湯から直接的に製造することができる。また従来, 熱間圧延による成形が不可能であるがゆえに, 粉末冶金により製造されていた25Cr-3Mo系以上の2相ステンレス鋼についても,割れやバルジングのない表面品質の良好な薄板を溶湯から直接得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法で得られたFe-28Cr-7.5Ni-4Mo-0.3Nからなる2相ステンレス鋼の金属板表面を写した写真である。
【図2】比較例で得られたFe-28Cr-7.5Ni-4Mo-0.3Nからなる2相ステンレス鋼の金属板表面を写した写真である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】 一対の内部冷却式ロールの両円周面上で形成する凝固シエルを該ロール対の間隙で圧着しながら薄板に鋳造する双ロール式連鋳機で2相ステンレス鋼の薄板を製造するさいに,内部から冷却される該ロールの円周面を銅または銅合金で構成したうえ,その表面に熱伝導率が10〜90W/m.Kの範囲の材質からなる伝熱抵抗層を1.0mm超え3.5mm以下の厚みで形成し且つこの伝熱抵抗層の表面を中心平均粗さで5μmRa以上25μmRa以下の粗面とした双ロール式連鋳機を用い,該ロール間隙を通過する薄板にかかる単位板幅当たりの圧着負荷を4.9N/mm幅以上49N/mm幅以下の範囲に制御しながら鋳造することを特徴とする2相ステンレス鋼の薄板連続鋳造法。
【請求項2】 鋳造される薄板の厚みは1.0mm超え3.5mm以下である請求項1に記載の2相ステンレス鋼の薄板連続鋳造法。
【請求項3】 伝熱抵抗層はNiメッキまたはNi-Feメッキ層である請求項1または2に記載の2相ステンレス鋼の薄板連続鋳造法。

【図1】
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【図2】
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